CHƯƠNG 1 - KIẾN TRÚC ĐỊNH TUYẾN PHÂN ĐOẠN 1. Giới thiệu về định tuyến phân đoạn 1. Giới thiệu chung Định tuyến nguồn (Source Routing): Là một phương pháp định tuyến mạng trong đó nguồn dữ liệu xác định đường dẫn mà dữ liệu sẽ đi qua mạng. Thay vì dựa vào bảng định tuyến được lưu trữ trên các thiết bị mạng, bộ định tuyến nguồn sẽ nhúng thông tin về đường dẫn mong muốn vào chính gói dữ liệu thông qua một danh sách địa chỉ IP hoặc tên thiết bị mạng mà gói tin cần phải đi qua.
Là một cơ chế điều khiển cho phép một bộ định tuyến gốc định tuyến bản tin qua một chuỗi nút xác định trước trong mạng. Khác với phương thức định tuyến truyền thống, các nút trung gian không tham gia xác định tuyến đường đi của gói tin mà chỉ đọc thông tin định tuyến nguồn trong gói tin và chuyển tiếp nó đến thiết bị tiếp theo trong danh sách. Thuật ngữ “nguồn” đề cập đến vị trí mà tuyến đường của gói tin được khởi tạo. Định tuyến phân đoạn (SR): Là một kỹ thuật định tuyến tiên tiến được sử dụng trong các mạng 5G và các mạng IP thế hệ tiếp theo.
Nó dựa trên định tuyến nguồn và Một giao thức mạng đã được phát triển để chuyển tiếp gói dữ liệu dựa trên các đoạn dựa trên định tuyến nguồn. Giao thức này chia tuyến đường trong mạng thành nhiều đoạn và gán cho mỗi đoạn và nút chuyển tiếp một số Nhận dạngĐịnh danh Đoạn (SID), chứa thông tin về địa chỉ đích và các hành động cần thực hiện tại các nút mạng. Mỗi đoạn sẽ đại diện cho một phần của topo hoặc mạng dịch vụ trong một khu vực hoặc liên mạng. Các đoạn sau đó được sắp xếp trong thành một danh sách đoạn theo thứ tự tuần tự để tạo ra một tuyến đường chuyển tiếp gói tin.
Khi đến một nút mạng, thiết bị mạng sẽ đọc SID để phân loại và chuyển tiếp gói tin đến nút tiếp theo. Định tuyến phân đoạn có thể hỗ trợ nhiều tuyến đường cho cùng một địa chỉ đích cũng như các hành động cho từng loại dịch vụ cụ thể. Ưu điểm của định tuyến phân đoạn bao gồm: Định tuyến phân đoạn (Segment Routing - SR) là một mô hình định tuyến dựa trên định tuyến nguồn. Trong mô hình này, một nút sẽ chỉ đường cho các gói tin bằng cách tuân theo một chuỗi các hướng dẫn được gọi là các đoạn.
Mỗi đoạn sẽ đại diện cho một phần của topo hoặc mạng dịch vụ trong một khu vực hoặc liên mạng. Bằng cách sử dụng SR, có thể hạn chế một 5 luồng đến một đường dẫn cụ thể trong khi chỉ giữ trạng thái theo luồng tại các nút biên của miền SR. - Hiệu suất cao: Định tuyến phân đoạn có thể cải thiện hiệu suất mạng bằng cách giảm độ trễ và tăng thông lượng. - Khả năng mở rộng: Định tuyến phân đoạn có thể dễ dàng mở rộng để đáp ứng nhu cầu lưu lượng truy cập ngày càng tăng.
- Linh hoạt: Định tuyến phân đoạn cho phép lập trình mạng linh hoạt hơn, cho phép nhà mạng dễ dàng điều chỉnh lưu lượng truy cập và triển khai các dịch vụ mới. - Bảo mật: Định tuyến phân đoạn có thể được sử dụng để thực thi các chính sách bảo mật, chẳng hạn như chỉ cho phép lưu lượng truy cập đi qua các thiết bị mạng đáng tin cậy. Định tuyến phân đoạn được phân loại thành hai hai loại dựa trên mặt phẳng chuyển tiếp được sử dụng. Loại đầu tiên là định tuyến phân đoạn MPLS và sử dụng mặt phẳng chuyển tiếp MPLS.
Loại thứ hai được gọi là định tuyến phân đoạn IPv6 sử dụng mặt phẳng chuyển tiếp IPv6. Định tuyến phân đoạn (Segment Routing - SR) là một mô hình định tuyến dựa trên định tuyến nguồn. Trong mô hình này, một nút sẽ chỉ đường cho các gói tin bằng cách tuân theo một chuỗi các hướng dẫn được gọi là các đoạn. Mỗi đoạn sẽ đại diện cho một phần của topo hoặc mạng dịch vụ trong một khu vực hoặc liên mạng.
Bằng cách sử dụng SR, có thể hạn chế một luồng đến một đường dẫn cụ thể trong khi chỉ giữ trạng thái theo luồng tại các nút biên của miền SR. Với kiến trúc MPLS, một đoạn sẽ được biểu diễn bởi một nhãn MPLS và thứ tự các đoạn được xếp chồng thành một ngăn chứa nhãn. Nhãn ở đỉnh ngăn chứa sẽ được ưu tiên xử lý trước, sau khi xử lý xong nhãn đó sẽ bị loại bỏ khỏi ngăn xếp chứa. Với kiến trúc IPv6, một đoạn sẽ được biểu diễn bằng một địa chỉ IPv6 và một danh sách các đoạn nằm trong địa chỉ IPv6 chính là phần mào đầu định tuyến.
Đoạn đang hoạt động được chỉ thị bởi Địa chỉ Đích của gói (Destination Address – DA) và một con trỏ trong phần mào đầu định tuyến mới sẽ chỉ ra đoạn hoạt động tiếp theo. Một số thuật ngữ chung như sau: 6 - Node SID (SID nút): Là giá trị định danh của cho thiết bị (hoặc nút mạng), là duy nhất và sử dụng trong phạm vi toàn mạngMột loại định danh đặc biệt được sử dụng để đại diện cho các nút (thiết bị) trong mạng. Gói tin sẽ được chuyển tiếp đến nút liên kết với một SID cụ thể thông qua đường đi ngắn nhất hiện có, tăng cường kiểm soát và hiệu suất của hệ thống mạng. Để làm điều này, người quản trị mạng sẽ gán Node SIDnút SID duy nhất cho mỗi bộ định tuyến trong mạng.
Quá trình này có thể được thực hiện thủ công hoặc thông qua bộ điều khiển tập trung. - Adjacency SID (SID cục bộ): Là giá trị định danh cho thiết bị (hoặc nút mạng), không mang tính duy nhất và sử dụng trong phạm vi cục bộ. Để gói tin được chuyển tiếp giữa hai thiết bị liền kề một cách trực tiếp, hai thiết bị sẽ được gán một SID có ý nghĩa cục bộ cho liên kết giữa chúng. Đây có thể là liên kết giữa hai bộ định tuyến hoặc giữa một bộ định tuyến và một bộ chuyển mạch.gói tin sẽ được chuyển tiếp đến nút liên kề một cách trực tiếp.
Để thực hiện điều này, mỗi bộ định tuyến trong mạng sẽ được gán một SID có ý nghĩa cục bộ cho mỗi kết nói trực tiếp trong IGP của nó. Adjacency SID được sử dụng để đánh dấu một kết nối trực tiếp (adjacency) giữa hai nút trong mạng. Kết nối trực tiếp này thường được hiểu là kết nối trực tiếp giữa hai thiết bị mạng, chẳng hạn như giữa hai router hoặc giữa một router và một switch. Adjacency SID cục bộ giúp xác định một kết nối trực tiếp và cho phép gói dữ liệu được chuyển tiếp một cách hiệu quả trên mạng.
- Service SID (SID dịch vụ): Một loại định danh đặc biệt được sử dụng để thực hiện các chức năng dịch vụ chuyển tiếp gói tin theo một dịch vụ hoặc các chính sách trên gói tin khi chúng đi qua mạng. Mỗi nút trong mạng sẽ gán một SID có ý nghĩa cục bộ cho mỗi dịch vụ mà nó cung cấp. Service SID dịch vụ thường được sử dụng để áp dụng các chức năng như mã hóa, phân phối dịch vụ, giới hạn băng thông, hay điều hướng gói tin tới các dịch vụ cụ thể. Kiến trúc của định tuyến phân đoạn Kiến trúc SR bao gồm hai thành phần chính.
Thành phần đầu tiên là Mặt phẳng dữ liệu (data plane)-, xác định cách mã hóa các chuỗi các đoạn được áp dụng cho một gói tin và mỗi từng thiết bị nên xử lý gói tin đó dựa trên thông tin mỗi đoạn. Một lưu ý quan trọng là hoạt động của SR không phụ thuộc vào giao thức sử dụng để mang thông tin mào đầu SR.2: Kiến trúc của định tuyến phân đoạn Thành phần thứ hai là Mặt phẳng điều khiển (control plan), tập trung vào làm thế nào mà các đoạn đã định danh được phân phối giữa các thiết bị mạng và cách các thiết bị này được chỉ đạohướng dẫn để áp dụng một chuỗi các đoạn cụ thể cho một luồng dữ liệu. - Mặt phẳng dữ liệu SR: - Mào đầu SR của một gói tin bao gồm một chuỗi các đoạn và một con trỏ trỏ đến đoạn đang áp dụnghoạt động – đại diện cho hướng dẫn mà thiết bị xử lý gói tin nên thực hiệncần phải thực thi. Sau khi xử lý xong đoạn hoạt động, thiết bị chuyển sang đoạn tiếp theo trong danh sách – đoạn đó trở thành đoạn hoạt động mới.
Mỗi đoạn được xác định bằng một SID – có thể có ý nghĩa trên toàn miền mạng và hoặc chỉ 8 có ý nghĩa cục bộ với bộ định tuyến đang xử lý gói tin đó như có thể thấy trong Error: Reference source not found. - Một nút hỗ trợtương thích SR hỗ trợ các hoạt động trong mặt phẳng dữ liệu sau: - + CONTINUE: Hoạt động chuyển tiếp dựa trên đoạn được áp dụng. +- PUSH: Thêm một đoạn phía trước mào đầu SR của gói tin và đặt đoạn đó là đoạn đang được áp dụng. +- NEXT: Đánh dấu đoạn tiếp theo là đoạn được áp dụng.3: Luồng gói in SRv6 Các nhà điều hành có thể tự do chọn công nghệ mặt phẳng dữ liệu SR phù hợp nhất với yêu cầu mạng của họ như được hiển thịtrình bày dưới đâytrong Hình 1.
Hiện nay, MPLS và IPv6 là hai công nghệ mặt phẳng dữ liệu được xem xét để hỗ trợ SR, vì chúng là các mặt phẳng dữ liệu điển hình cho các mạng như vậy: SR MPLS Tiêu đề SR Ngăn xếp nhãn Phân đoạn Hiện hoạt động Nhãn trên cùng 9 Thao tác PUSH Đẩy nhãn Thao tác NEXT Bật nhãn Thao tác CONTINUE Hoán đổi nhãn Hình 1.4: Hoạt động SR ánh xạ đến hoạt động nhãn MPLS - Mặt phẳng điều khiển SR: - Trong mạng SR, việc truyền thông tin SID giữa các thiết bị được hỗ trợ bởi mặt phẳng điều khiển. Để đạt được điều này, giao thức định tuyến nội bộ IGP đã được sử dụng để quảng bá cho các nút SID nút và SID cục bộSID cục bộ. Hình trên cho thấy các trường hợp sử dụng các chuỗi dịch vụ và kỹ thuật lưu lượng. Điều này đã được mở rộng trong cácĐịnh tuyến phân đoạn được sử dụng kết hợp với các giao thức IGP phổ biến như IS-IS và OSPF để cho phép phân phối SID trong toàn bộ mạng.
Với những mở rộng đóNhờ tính năng mở rộng này, bất cứ bộ định tuyến nào cũng có thể duy trì một cơ sở dữ liệu của tất cả các SID nút và SID cục bộnút và đoạn cục bộ, dữ liệu có thể được cập nhật nhanh chóng sau bất cứ sự thay đổi nào về mô hình do tính chất hội tụ nhanh của cả 2 IGP.